Quando è bene usare N MOSFET e quando si usa P MOSFET?

A parità di condizioni (e di solito non lo sono) si usa un MOSFET a canale N o un MOSFET a canale P a seconda delle esigenze del circuito che si sta progettando. Questo non è particolarmente utile da parte mia, vero? :-)

Come interruttore, l'uso più semplice di un MOSFET a canale N è come interruttore 'low-side', un interruttore inserito nel negativo/ritorno a terra del circuito da alimentare.

Inversamente, un MOSFET a canale P è un buon interruttore high-side, inserito in serie al positivo/'alimentazione' del circuito da alimentare.

La differenza tra i due è illustrata con questi due semplici esempi:

In ogni scenario ci sono pro e contro per quale disposizione potreste scegliere. Un fattore a favore di un interruttore high-side che utilizza un MOSFET a canale P è che si potrebbe davvero voler isolare l'alimentazione positiva dal carico, quando si spegne, per ragioni di sicurezza umana e/o di autoconservazione (se un uomo tocca l'alimentazione "positiva" quando l'interruttore è spento, entra ancora in contatto con l'alimentazione principale, rispetto alla terra, il che potrebbe essere brutto; o per proteggersi da una situazione in cui un corto circuito a terra viene introdotto nel circuito (fuori dal vostro PCB)).

Tuttavia una disposizione a canale P high-side ha lo svantaggio che il vostro MOSFET di potenza medio ha tipicamente una tensione massima Vgs di 20 volt, forse fino a 30 volt. Quindi se state commutando una tensione più alta di quella al vostro carico, allora non potete usare la disposizione più semplice di un MOSFET a canale P, altrimenti superereste la sua Vgs quando tirate il gate fino a 0 Volt per accenderlo. È qui che è necessario aggiungere un circuito extra per assicurarsi di rimanere all'interno della Vgs nominale del MOSFET, come questo:

Questa decisione di quale tipo di canale del MOSFET usare è ancora più critica, per esempio, in un circuito di alimentazione a ponte H, dove è possibile guidare la corrente attraverso il carico in entrambe le direzioni (es. per guidare un motore DC in avanti o all'indietro; nel circuito qui sotto è la M nel mezzo) accendendo solo coppie diagonalmente opposte di MOSFET:

Ma se Vdd è vicino/superiore alla Vgs-max del tuo MOSFET a canale P, allora hai un problema quando lo accendi. Ciò di cui avete bisogno allora è o un traslatore di livello, o un circuito gate-driver completamente flottante, per pilotare i gate A' e B'.

Un altro fattore è che nei MOSFET ad alta potenza, secondo questo articolo di Wikipedia,

Per dispositivi di uguale capacità di pilotaggio della corrente, i MOSFET a canale n possono essere fatti più piccoli dei MOSFET a canale p, a causa dei portatori di carica del canale p (buchi) che hanno una mobilità inferiore a quella dei portatori di carica del canale n (elettroni)

Inversamente, i produttori possono fare MOSFET a canale N con capacità di trasporto della corrente da 2 a 3 volte maggiore rispetto ai MOSFET a canale P delle stesse dimensioni. Quindi, se la vostra applicazione/progetto sta spingendo i limiti di un MOSFET a canale P (altrimenti diventano troppo costosi, o c'è meno gamma da scegliere, o non è disponibile nel pacchetto necessario, ecc), allora è comune usare un MOSFET a canale N anche quando un canale P potrebbe sembrare la scelta naturale, come in un altro esempio di driver di potenza a ponte H (e che dimostra anche la necessità di un gate-driver completamente flottante per la coppia superiore di MOSFET a canale N, perché l'alimentazione è di 80 Volt, ben al di sopra della Vgs-max di quasi tutti i MOSFET):

MOSFETs are cool. E amanti senza pietà.